開(kāi)課學(xué)院及實(shí)驗(yàn)室:西華大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（理工類）開(kāi)課學(xué)院及實(shí)驗(yàn)室:實(shí)驗(yàn)時(shí)間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號(hào)成績(jī)學(xué)生所在學(xué)院年級(jí)/專業(yè)/班課程名稱課程代碼實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱項(xiàng)目代碼指導(dǎo)教師項(xiàng)目學(xué)分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟悉阻抗繼電器原理、特性及調(diào)整整定值的方法。2）掌握阻抗繼電器在線路距離保護(hù)中的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)方法，以及與重合閘繼電器的配合方式。3）了解不同的運(yùn)行方式對(duì)距離保護(hù)的影響。4）了解同一變電站阻抗保護(hù)各段之間配合的動(dòng)作過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)原理隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了容量大、電壓高或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)簡(jiǎn)單的電流、電壓保護(hù)難于滿足電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的要求。例如，對(duì)于高壓、長(zhǎng)距離、重負(fù)荷線路，由于負(fù)荷電流大，線路末端短路時(shí)，短路電流的數(shù)值與負(fù)荷電流相差不大，故電流保護(hù)往往不能滿足靈敏度的要求；對(duì)于電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而改變，保護(hù)范圍不穩(wěn)定，某些情況下甚至無(wú)保護(hù)區(qū)。所以，如何使繼電保護(hù)的靈敏度不受（或少受）系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，這就是系統(tǒng)發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)提出的新要求。阻抗保護(hù)就是適應(yīng)此要求的一種保護(hù)。1）阻抗保護(hù)的基本原理所謂阻抗保護(hù)，就是指反映保護(hù)安裝處至短路故障點(diǎn)的距離，并根據(jù)這一距離的遠(yuǎn)近而確定是否動(dòng)作的一種保護(hù)裝置，其基本原理圖右圖所示。系統(tǒng)正常工作時(shí)，保護(hù)安裝處測(cè)量到的電壓為^"它接近于額定電壓。保護(hù)安裝處測(cè)量到的電流為負(fù)荷電流匕，則比值Z廣"/'，基本上是負(fù)荷阻抗，其值較大，負(fù)荷阻抗角中婦較?。ㄒ话銥?0°奴40°）。當(dāng)右圖所示燈點(diǎn)短路時(shí)，當(dāng)k2點(diǎn)短路時(shí)，則有保護(hù)安裝處測(cè)量到的電壓為k1點(diǎn)短路時(shí)的殘壓七=z「ki，測(cè)量到的電流為L(zhǎng)%=12（4+Zk2）=Z保護(hù)安裝處測(cè)量到的電壓為k1點(diǎn)短路時(shí)的殘壓七=z「ki，測(cè)量到的電流為L(zhǎng)IIABk2后兩種狀態(tài)下的阻抗值均較小，而阻抗角為甲k其值較大。顯然利用電壓和電流的比值，不但能清楚地判斷系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)和短路狀態(tài)，還能反映短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的電氣距離。短路點(diǎn)遠(yuǎn)，Zk大。由于Z*只與短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的電氣距離有關(guān)，因此，用Z=U/構(gòu)成的保護(hù)，其保護(hù)范圍基本上不受運(yùn)行方式變化的影響。這就克服了電流、電壓保護(hù)的靈敏度受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響的缺點(diǎn)。

距離保護(hù)與電流保護(hù)一樣，也有一個(gè)保護(hù)范圍，短路發(fā)生在這一范圍內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作，否則不動(dòng)作。這個(gè)保護(hù)范圍通常是用給定阻抗值的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)給定的阻抗稱整定阻抗，用Z^表示。當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，距離保護(hù)測(cè)量到的阻抗Z(正常時(shí)Z=Z，短路時(shí)Z=Z)小于整定阻抗，即Z<Z，mmLmkmset則保護(hù)動(dòng)作；若Z>Zt，保護(hù)不動(dòng)作。因此，距離保護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種低量動(dòng)作保護(hù)。距離保護(hù)的時(shí)限特性目前，廣泛應(yīng)用的距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限具有階梯形時(shí)限特性，這種動(dòng)作時(shí)限特性與三段式電流保護(hù)的時(shí)限特性相同，一般也作成三階梯式，即有與三個(gè)劫作范圍相應(yīng)的三個(gè)動(dòng)作時(shí)限：t，t，t。右圖示出了線路IIIIIIAB距離保護(hù)的時(shí)限特性。通常，距離保護(hù)第瑕的保護(hù)范圍為本線路全長(zhǎng)的80%?85%，即Zi=(0.8?0.Z5),動(dòng)作時(shí)限為t；】bs，距離保護(hù)的第ii段要與下一線路的第I段相配合，即Zii=(0.8?0.85)(Z+ZI)，t=0.5s，第II段的靈敏系數(shù)為setABsetII*=Ziyzb>1.25。距離保護(hù)的第m段為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，其動(dòng)作阻抗應(yīng)躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的最小負(fù)荷,其動(dòng)作時(shí)限tIII應(yīng)大于下一變電站出線保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限一個(gè)也。時(shí)的最小負(fù)荷,其動(dòng)作時(shí)限tIII應(yīng)大于下一變電站出線保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限一個(gè)也。距離保護(hù)能否正確動(dòng)作，取決于保護(hù)能否正確地測(cè)量從短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗，并使該阻抗與整定阻抗比較，這個(gè)任務(wù)由阻抗繼電器來(lái)完成。單相式阻抗繼電器接線原理圖如右圖所示。圖中，若k點(diǎn)三相短路，短路電流為Ik，由TV回路和TA回路引至比較電路的電壓分別為測(cè)量電壓匕和整定電壓氣t,氣為U'=k—k=m—mTVTV1TVTV1mKKKKTVTV1TVTV1式中K^，K^1——電壓互感器TV和電壓變換器TV1的變比；Z^——母線至短路點(diǎn)k的短路阻抗。若認(rèn)為I匕較回路的阻抗無(wú)窮大時(shí)，則IZIZ

U'=kl=mlTATA式中Zl——人為給定的模擬阻抗。比較以上兩式可見(jiàn)，若假設(shè)K^K^1=Kta，則短路時(shí)，由于線路上流過(guò)同一電流Ik，因此，比較U9，

U的大小，就等于比較Z和Z的大小。如果U>U，則表示Z>Z，保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作；如果U<U，

mmlmsetmlmset則表示<Z‘，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作。阻抗繼電器就是根據(jù)這一原理工作的。阻抗繼電器的動(dòng)作特性：為了便于分析輸電線路阻抗和阻抗繼電器整定阻抗之間的關(guān)系，可將二者均畫于同一阻抗復(fù)數(shù)平面上，如下圖?，F(xiàn)以線路BC上的保護(hù)2為例，線路的始端B位于坐標(biāo)的原點(diǎn)，當(dāng)不同地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)2的

測(cè)量阻抗在直線BC或BA上變化，即正方向短路時(shí)測(cè)量阻抗在第一象限，反方向短路時(shí)，測(cè)量阻抗在第三象限。正向測(cè)量阻抗與R軸的夾角為線路的阻抗角中l(wèi)。假如保護(hù)2的整定阻抗0.85ZC，并且整定阻抗角氣：%，那么，Z皿在復(fù)數(shù)平面上的位置必須在BC上:'顯然，在Z’et范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)都可以動(dòng)作。因此，從原則上講，阻抗繼電器的保護(hù)范圍是在Z皿范圍內(nèi)的直線上。但是，實(shí)際上阻抗繼電器的保護(hù)范圍不能是一條直線，其原因有如下兩點(diǎn)：第一，短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響。當(dāng)線路上發(fā)生非金屬性短路時(shí)，保護(hù)的測(cè)量阻抗將由短路阻抗Z*和過(guò)渡電阻，主要是電弧電阻Rarc組成，即Z=Z+R=（R+R）+jX。由于電弧電阻的存在，即使短路點(diǎn)在保護(hù)范圍內(nèi)，但測(cè)量阻抗已mkARCkARCk不在直線上了。第二，互感器角誤差的影響。由于阻抗繼電器必須引入電流和電壓。這兩個(gè)量是經(jīng)TV和TA引來(lái)的，由于互感器存在角誤差5，當(dāng)一次側(cè)測(cè)量阻抗角為中「寸，二次側(cè)測(cè)量阻抗角將增加互感器的角誤差8次，8徵，即氣=%±5〃±8浩這一因素的影響，將使阻抗繼電器的測(cè)量阻抗不能在一條直線上變化。因此，為了保證阻抗繼電器在可能出現(xiàn)的故障情況下，都能正確動(dòng)作，往往將阻抗繼電器的保護(hù)范圍擴(kuò)大成一個(gè)面或圓的形式。當(dāng)繼電器的保護(hù)范圍是圓時(shí)，測(cè)量阻抗如位于圓內(nèi)，則繼電器動(dòng)作。故圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外為不動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗剛好位于圓周上時(shí)，繼電器將處于臨界動(dòng)作狀態(tài)，此時(shí)的測(cè)量阻抗稱為臨界動(dòng)作阻抗，簡(jiǎn)稱動(dòng)作阻抗，以Z。表示。在上圖中，若以Z皿為半徑，坐標(biāo)圓點(diǎn)B為圓心，則得到圓1。在此情況下，不論短路發(fā)生在正方向（BC線路）還是反方向（bA'線路），只要測(cè)量阻抗位于圓內(nèi)，繼電器都能動(dòng)作，這種繼電器稱為全阻抗繼電器，與之對(duì)應(yīng)的圓稱為全阻抗繼電器特性圓。以整定阻抗Z^為直徑作圓時(shí)，其圓周通過(guò)B點(diǎn)，它的范圍只能從變電站B伸向變電站C，如上圖中圓2。反方向短路時(shí)'，保護(hù)就不動(dòng)作。由圓2所示的特性稱方向阻抗繼電器特性。方向阻抗繼電器的保護(hù)范圍跟阻抗繼電器的整定阻抗角甲沏很有關(guān)系，若平皿與線路阻抗角中1相等，則繼電器的動(dòng)作阻最大（等于圓的直徑），亦即保護(hù)范圍最長(zhǎng)，繼電器最靈敏。此時(shí)的整定阻抗角稱為阻抗繼電器的最大靈敏角，用中物表示。由上圖所示的方向阻抗繼或器特性圓可見(jiàn)，當(dāng)線路上發(fā)生帶過(guò)渡電阻較大的短路時(shí)，測(cè)量阻抗有可能落在圓外，而不動(dòng)作。如圖中k1點(diǎn)帶過(guò)渡電阻短路，測(cè)量阻抗落在圓外，繼電器不會(huì)動(dòng)作。若過(guò)渡電阻較小時(shí)，繼電器會(huì)動(dòng)作；在正常帶負(fù)荷的狀態(tài)下，由于負(fù)荷的功率因素角甲=300?400（cos甲=0.8?0.9），L,負(fù)荷阻抗ZL反映在特性圓上如直線2所示。顯然，當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，ZL=Uy/1可能落入圓內(nèi)如C點(diǎn)，引起阻抗保護(hù)誤動(dòng)作。A為臨界誤動(dòng)作。L由上分析可知，為了提高耐過(guò)渡電阻的能力，以及提高躲負(fù)荷的能力，方向阻抗繼電器的特性如下圖所示較為理想。圖中A可以沿R軸移動(dòng)，C點(diǎn)可沿jX軸移動(dòng)，以改變保護(hù)動(dòng)作區(qū)域范圍。本試驗(yàn)臺(tái)微機(jī)阻抗保護(hù)部分的阻抗特性采用了下圖的特性。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器及材料DJZ-III型電氣控制及繼電保護(hù)試驗(yàn)臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)步驟（按照實(shí)際操作過(guò)程）Djz-m型試驗(yàn)臺(tái)中的微機(jī)保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)三段式電流保護(hù)、三段式距離保護(hù)及變壓器差動(dòng)保護(hù)。通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)上保護(hù)單元箱有關(guān)整定值的設(shè)置，即通過(guò)對(duì)E1和E2兩項(xiàng)整定值的不同設(shè)置可以選擇進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。當(dāng)E1設(shè)置為“ON”時(shí)，表示選擇進(jìn)行“阻抗保護(hù)”實(shí)驗(yàn)；當(dāng)E2設(shè)置為“ON”時(shí)，表示選擇進(jìn)行變壓器保護(hù)實(shí)驗(yàn)；當(dāng)E1和E2均設(shè)置為“OFF”時(shí)，表示選擇進(jìn)行線路保護(hù)實(shí)驗(yàn)。三段式距離保護(hù)為相間距離保護(hù)。阻抗特性采用多邊形特性，保護(hù)通過(guò)相電流差突變量元件啟動(dòng)，采用負(fù)序方向元件把關(guān)。電流保護(hù)與距離保護(hù)共用同一滑線變阻器模擬該線路下任意一點(diǎn)短路。本試驗(yàn)臺(tái)阻抗保護(hù)實(shí)現(xiàn)方法是利用移相器改變PT副方電壓相量與電流相量間的相對(duì)關(guān)系，其一次原理圖如下圖所示。故障發(fā)生時(shí)，微機(jī)檢查出電壓、電流的幅值變化及它們間相角的差值情況，通過(guò)計(jì)算阻抗由原理接線圖可見(jiàn)，模擬線路電阻滑動(dòng)頭與故的后備，有一定裕量，相當(dāng)于250%。由此可得阻抗整定值。與給定的動(dòng)作特征進(jìn)行比較來(lái)確定是否有故障發(fā)生的。通常，阻抗保護(hù)第1段保護(hù)本線路全長(zhǎng)的80%-85%；第II段保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，且延伸到下一段的部分，相當(dāng)于125%；第m段為本線路和相鄰線路障時(shí)基本阻抗模值相對(duì)應(yīng)。如當(dāng)模擬線路電阻滑動(dòng)頭移至50%處時(shí)，表示模擬線路故障時(shí)的阻抗模值為5Q。將整定值表中的阻抗特性電阻分量設(shè)置為4Q，相間I段電抗分量定值設(shè)置為8Q，相間II段電抗分量定值設(shè)置為12.5Q，相間m段電抗分量定值設(shè)置為25Q，以下實(shí)驗(yàn)都按此整定值。阻抗保護(hù)程序正常運(yùn)行時(shí)，微機(jī)處于測(cè)量狀態(tài)，顯示屏循環(huán)顯示A，B，C三相電流幅值和AB，BC，CA相線電壓幅值；故障時(shí)，微機(jī)保護(hù)的測(cè)量阻抗在動(dòng)作區(qū)域內(nèi)時(shí)，先在顯示屏上顯示故障類型和測(cè)量阻抗模值的大?。@示的前兩位為故障類型，后三位是測(cè)量阻抗模值的大小，中間使用符號(hào)“-”隔斷）。當(dāng)故障持續(xù)時(shí)間到時(shí)，微機(jī)裝置根據(jù)測(cè)量阻抗和整定值的設(shè)置情況確定選擇出口繼電器，并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈。若故障顯示的類型中第一位是“1”，則表示I段出口繼電器動(dòng)作，同時(shí)“I段動(dòng)作”指示燈亮；若故障顯示的類型中第一位是'2”，則表示II段出口繼電器動(dòng)作，同時(shí)“II段動(dòng)作”指示燈亮；若故障顯示的類型中第一位是“3”，則表示m段出口繼電器動(dòng)作，同時(shí)“m段動(dòng)作”指示燈亮。故障顯示的類型中第二位是1，2,3,則表示相間故障分別為AB，BC，CA相。若發(fā)生三相短路情況，則首先檢測(cè)AB相，看其測(cè)量阻抗是否在動(dòng)作區(qū)內(nèi)；若不在范圍內(nèi)，再檢測(cè)BC相，最后檢測(cè)CA相。由原理接線圖可見(jiàn)，模擬線路電阻滑動(dòng)頭與故的后備，有一定裕量，相當(dāng)于250%。由此可得阻抗整定值。多邊形阻抗保護(hù)動(dòng)作特性實(shí)驗(yàn)DJZ-m試驗(yàn)臺(tái)的常規(guī)繼電器和微機(jī)保護(hù)裝置都沒(méi)有接人電流互感器TA回路，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)接好線才能進(jìn)行

微機(jī)輸入O分閘電流測(cè)室C相1AIB1Ccrocro微機(jī)輸入O分閘電流測(cè)室C相1AIB1Ccrocrooxa微機(jī)CTl合閘TX）-電流測(cè)量a相電流測(cè)量B相-0—0-—A相負(fù)載_?B相負(fù)載TC相負(fù)載通過(guò)在不同的移相角度和短路電阻下，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，可確定i段保護(hù)的動(dòng)作區(qū)域，ii,m段保護(hù)的動(dòng)作區(qū)域由于試驗(yàn)臺(tái)所設(shè)線路結(jié)構(gòu)模型的限制，只能測(cè)出部分范圍。以下給出的實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄表格僅作參考，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行修改。a）按上圖完成實(shí)驗(yàn)接線。b）合上三相電源開(kāi)關(guān)和直流電源開(kāi)關(guān)，合上模擬斷路器1KM，2KM，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使試驗(yàn)臺(tái)微機(jī)保護(hù)單元電壓顯示值升到60V，負(fù)荷燈全亮。c）合上微機(jī)裝置電源開(kāi)關(guān)，按附錄II中所述方法將微機(jī)阻抗保護(hù)整定值進(jìn)行修改（有關(guān)整定值的大小詳見(jiàn)本節(jié)開(kāi)始部分）。d）將臺(tái)面右上角的LP1（微機(jī)出口連接片）接通。e）合上模擬線路的SA，SB和SC短路模擬開(kāi)關(guān)。f）合上故障模擬斷路器3KM。模擬系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障。此時(shí)負(fù)荷燈全熄滅，微機(jī)裝置顯示“I1-XXX”（第一個(gè)“1”，表示I段保護(hù)動(dòng)作；第二個(gè)“1”，表示AB相短路；XXX為測(cè)量阻抗模值的大水），“I段動(dòng)作”指示燈點(diǎn)亮，由I段保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)模擬斷路器，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。g）斷開(kāi)故障模擬斷路器3KM，按微機(jī)保護(hù)的“信號(hào)復(fù)位”按鈕，可重新合上模擬斷路器2KM，負(fù)荷燈全亮，即恢復(fù)模擬系統(tǒng)無(wú)故障運(yùn)行狀態(tài)。h）以1Q為步